除了常見的固態、液態、氣態和等離子體，科學家們還在實驗室中召喚出了許多奇異的物質狀態，比如本人要向大家介紹的”超固體”（supersolid）。 僅從”超固體”的字面意思來看，普通人很難想像它到底是個什麼樣子。 不過幾年前才被證實的這一物質形態，現已被因斯布魯克大學的研究人員們、以一種新穎的二維形式來創造。

二維超固體想像圖（來自：UIBK）

本質上講，超固體的原子排列與普通固體一樣，都處於剛性的晶體結構中。 在在此基礎上，超固體還允許原子像超流體（superfluid）一樣，以零粘度的方式流動。

儘管聽起來與常理相悖，但自 1960 年代以來，科學家們就一直認為超固體在理論上是可能存在的。 儘管直到 2017 年，它才終於得到了實驗證實。

研究配圖 – 1：偶極液滴陣列的計算相位

為製造出超固體，幾支研究團隊使用了處於玻色-愛因斯坦凝聚態（BEC）的物質。 其由冷卻到幾乎為絕對零度的低密度原子氣體雲組成，並且表現出了奇怪的量子特性。

通常情況下，我們無法在如此大的範圍內觀察到。 但 BEC 中的所有原子，就是同時存在於雲中的每個點位，這種現象又被稱作離域化（delocalization）。

研究配圖 – 2：各向異性陷阱中的線性到鋸齒形轉變

在之前的實驗中，超固體只是一維的，因而原子只能沿一個方向流動。

現在，因斯布魯克團隊為它們增加了一個全新的維度，使之從沿著”一根繩子”移動、升級到了可在”一張紙面”上移動。

研究配圖 – 3：線性和鋸齒狀態的相乾性

實驗中選用了鏑原子組成的 BEC，原子之間的磁相互作用，使之自主排列形成了基於液滴的網格。

研究作者Matthew Norcia指出：「通常情況下，你會認為每個原子都存在於一個特定的液滴中，而無法在它們之間找到」。

擴展數據 – 1：陷印圖像的傅立葉變換

然而在超固體物質狀態下，每個粒子都在所有液滴中離域，同時存在於每個液滴中。 這樣就有了一個具有一系列高密度區域（液滴）區域的系統，且這些區域都共用相同的離域原子。

研究團隊稱，這項研究突破使得物理學家們能夠超脫以往的一維環境，為更高維的量子怪異性研究敞開了新的大門。

擴展數據 – 2：超兩行的超固體液滴陣列

“例如，在二維超固體系統中，人們可以研究渦流是如何在幾個相鄰液滴之間的孔中形成的。 雖然這些理論上描述的渦流尚未得到證實，但這種超流體性質，仍有望催生更具突破性的重要研究成果」。

擴展數據 – 3：更大和各向同性的液滴陣列

有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《自然》（Nature）雜誌上，原標題為《Two-dimensional supersolidity in a dipolar quantum gas》。